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爱迪生发明的电灯泡,竟然演变出这么大一个航发公司
2020-02-12           作者: 航空知识

上世纪60年代也是超声速客机的时代,英法的“协和”与苏联的图-144正在竞争世界第一。美国当然不能落后,波音2707不仅更大,还要更快。波音要用2倍声速以上的速度再创707那样的辉煌,特意命名为2707。通用电气负责发动机,GE4成为世界最大的喷气发动机,长达8.3米,直径1.8米,重达5.1吨,尺寸与米格-15的机体相仿,重量甚至超过后者的空重,加力推力达到220千牛,甚至略微超过F-15A的两台普拉特-惠特尼F100-100的加力推力之和。但由于经济性太差和大量技术难关,波音2707最终下马了。


 

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另一方面,通用电气在1967年推出划时代的T700涡轴,用于UH-60“黑鹰”和AH-64“阿帕奇”。这是一台单转子发动机,但用轴流-离心混合式压气机达到双转子的增压效果,不仅功率大,还保留了轻小紧凑、简单可靠的特点。50年后,T700依然先进,但通用电气在T700的基础上用新技术、新材料推出深度改进的T901,功率增加50%,油耗下降25%,寿命延长20%,而且成本比普拉特-惠特尼和霍尼韦尔联手组成的竞争对手低30%,赢得了美国陆军ITEP计划的竞标,用于对现有的1 300多架“黑鹰”和600多架“阿帕奇”进行发动机升级。

1973年中东战争后,阿拉伯国家动用石油武器反击,石油危机使得民航将降低油耗看作压倒一切的重要指标,“无涵道涡扇”(简称UDF)发动机因此成为热点。UDF也称声速桨扇发动机,这是把涡扇的风扇尺寸加大,取消外涵道,因此等效为涵道比无穷大的涡扇,最大限度地发挥涡扇的优点。与涡桨相比,UDF的叶片为弯刀形,推迟了叶尖激波的产生,不仅有利于提高螺旋桨转速,也提高了飞机的巡航速度。通用电气的UDF以F404为核心发动机,在1986年装上一架波音727首飞,节油效果显著,但噪声问题无法解决,最后下马。通用电气不是唯一捣鼓UDF的,大家碰到同样的问题,一起下马。40年后,更加先进的叶片气动设计和其他先进技术使得噪声有望得到控制,UDF开始有回潮的动向。


 

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进入上世纪90年代,双发宽体已经成为主流,但依然以中程、中高流量为主。波音更进一步,推出波音777——载客量和航程直逼四发宽体的波音747,在经济性(包括油耗和维修)上是一个大跃进,相应也要求史无前例的大推力高可靠涡扇。GE90应运而生,这是通用电气25年来第一台全新设计而且没有军用发动机渊源的大推力涡扇,创造了众多推力、油耗和可靠性纪录。其部分秘密则来自UDF的超大直径宽弦风扇叶片,采用重量轻、刚度高、耐冲击、耐疲劳的复材和好似现代派雕刻的大弯度设计,直径达3.1米。波音计划在2020年投入使用的波音777X(可看作第三代波音777)采用的GE9X是GE90的深度改进。

与此同时,通用电气也没有放弃小推力涡扇。上世纪80年代就推出的CF34性能不错,但在90年代更新设计后,帮助庞巴迪推出CRJ系列支线客机,开辟了支线航空的喷气时代。巴西航空工业也忙不迭地推出ERJ家族,与庞巴迪联手完成了支线航空的喷气化。在庞巴迪退场和巴西航空工业“卖身”之前,CF34造就了民机世界波音-空客加庞巴迪-巴西航空工业的2+2局面,曾经风靡一时的涡桨客机被彻底边缘化了。除了各种公务机外,中国的ARJ-21也采用CF34。而美国空军B-52未来更换的发动机也是CF34。

进入21世纪,波音推出波音787,与容量更大的波音777两头夹击,把空客寄予厚望的超大载客量的A380谋杀了,顺带也谋杀了自家的千年女王波音747。通用电气在2004年推出GEnx,与罗尔斯-罗伊斯“湍达”1000一起,成为波音787的发动机选项。GEnx比传统的CF6-80的油耗降低15%,寿命提高30%,噪声降低30%。到2018年初为止,在1 277架波音787订单中,GEnx占53.3%,“湍达”1000占32.9%,另有13.8%尚未决定。

至此,通用电气成为西方航发大三中唯一的“全频谱”厂家,产品从小推力(CF34)到中推力(LEAP)到大推力(GEnx和GEX)全范围覆盖。普拉特-惠特尼除了与通用电气合作并且只有A380一种飞机使用的GP7000,已经退出大推力,现在专攻中小推力(PW1000G系列);而罗尔斯-罗伊斯除了已经过气的V2500和没有太多声色的BR700,已经退出中小推力,专攻大推力(“湍达”系列)了。

在战斗机发动机方面,通用电气依据落选的YF120变循环发动机的经验,积极投入美国空军研究实验室(简称AFRL)主持的ADVENT(现改为AETD)三涵道变循环发动机技术预研项目,这是比DARPA更接近实用级的预研。156千牛级推力、推重比为9的普拉特-惠特尼F119代表了第四代战斗机发动机的水平,但下一代战斗机需要进一步降低超巡油耗,还要满足降低喷气红外特征、主动配合进气道控制、提供机载系统的散热能力等全新要求,不仅需要能在涡喷和涡扇之间无缝过渡的变循环,还需要在传统涡扇的内外涵道之外增加第三涵道。普拉特-惠特尼由于技术惯性,在一开始希望从F119/135这样双涵道涡扇渐进发展,继续深挖潜力,在美国空军明确要求变循环和三涵道之后,才积极投入变循环三涵道的研发,而毕竟是“外戚”的罗尔斯-罗伊斯已经不被邀请参加了。一般认为,AETD的获胜者将主导下一代战斗机发动机的研发。

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责任编辑: 蔚 蓝 文章来源: 航空知识
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